JP5646137B2 - ラックバー - Google Patents

Description

本発明は、自動車のパワーステアリング装置等に使用されるラック＆ピニオンギアに用いられるラックバーに関し、特に製品形状を安定化できるとともに、型寿命の向上を図れるものに関する。

自動車のパワーステアリング装置に使用されるラックバーは、素材となる中空鋼管を加工して形成されるもので、中間部にピニオンギアに噛み合わされる歯部、両端部の内側にネジ溝を有している。

このようなラックバー１００は、最初に中空鋼管を図７，８に示すような型２００，２０１に入れ、歯を成形する部分１０１に型２０１の貫通孔２０２を介してパンチ２０３を用いて平坦面を形成し（例えば、特許文献１参照）、次にこの平坦面に歯部を形成するという２段階の工程を有している。

また、ラック軸の外周面は平坦部と円周面で構成され、その断面形状が略Ｄ字形状となっている。この断面形状が略Ｄ字形形状の中空ラック軸では曲げ力が働く方向による曲げ強度のばらつきが大きい傾向にある。ところで、コスト低減の要請のため、レイアウトの異なる複数の舵取り装置でラック軸が共用化されている。したがって、曲げ強度が低い方向への曲げ負荷は避けなければならず、舵取り装置のレイアウトに制限があった。この目的を達成するために、断面形状が略六角形形状とされ、一の平坦部にラック歯が形成され、外周面の断面形状が六角形形状とされることにより、曲げ方向による曲げ強度のばらつきを少なくしつつ、ラック歯の歯幅を確保されるように形成されている（例えば、特許文献２参照）。

なお、製品を金型によって成形する場合、金型が２つに分割されるものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００６−１０３６４４号公報（図２及び図３） 特許第３７６３３３９号公報 特開平１１−１０５０３８号公報

上述したラックバーの製造方法では、次のような問題があった。すなわち、パンチで中空鋼管を押し付けていくと、上型が左右に開こうとするため、中空鋼管が異形になったり、上型が割れてしまう虞があった。

そこで本発明は、中空鋼管に平坦部を形成するためにパンチで押し付けた場合であっても、異形に変形したり、型が割れる等の不具合を防止することができるラックバーを提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のラックバーは次のように構成されている。

ピニオンギアに噛み合わされる歯部を軸部に有し、ラックガイドに案内される中空ラックバーにおいて、前記歯部が前記中空ラックバーの製造に用いる中空鋼管の内部からしごき加工を行い隆起させて形成されたものであり、当該歯部の軸方向に直交する断面の外周が、当該歯部が形成される第１直線部分と、この第１直線部分に直交し、かつ、第１直線部分の中央の角度位置を０°として、９０°及び２７０°の角度位置を含む範囲に形成されると共に、それぞれ０．３ｍｍ以上１０ｍｍ以下に形成され、前記ラックガイドに平面接触する一対の第２直線部分とを備え、前記一対の第２直線部分の長さをＬとした場合、前記軸部の直径をδ、前記第１直線部分に対向し、かつ、前記一対の第２直線部分に挟まれ、ラックガイドに摺動される範囲をα°としたとき、Ｌ≦δ×ｓｉｎ［（１８０°−α°）／２］の条件を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、中空鋼管に平坦部を形成するためにパンチで押し付けた場合であっても、異形に変形したり、型が割れる等の不具合を防止することが可能となる。

図１は本発明の一実施の形態に係る中空ラックバー１０を示す斜視図、図２は同中空ラックバー１０を図１中Ｉ−Ｉ線で切断して矢印方向に見た断面図、図３は同中空ラックバー１０に平坦部１１ａを形成するためのプレス加工装置２０を示す断面図である。

中空ラックバー１０は、中空鋼管からなる軸部１１と、この軸部１１の中間部に設けられた歯部１２を備えている。歯部１２は、軸部１１の所定範囲を平坦に潰した形成された平坦部１１ａに形成されている。なお、図１中１３は中空部、１４はネジ部、Ｃは軸心線を示している。

軸部１１は、図２に示すように、軸部１１の軸方向に直交する断面の外周が、前記歯部が形成される平坦部（第１直線部分）１１ａと、平坦部１１ａの中央の角度位置を０°として、９０°及び２７０°の角度位置を含む範囲に形成された平面部（第２直線部分）１１ｂとを備えている。また、その他の部分は円弧状に形成されており、特にパワーステアリング装置に組み込まれた場合に摺動部となる範囲１１ｃについては所定の円弧が形成されている。

次に、このような中空ラックバー１０の形成方法について説明する。図３に示すプレス加工装置２０は、左右に開く左右型３０と、この左右型３０に支持された軸部１１をプレスするプレス機構４０と、このプレス機構４０に加圧力を加える加圧機構５０とを備えている。

左右型３０は、左右に開く左型３１及び右型３２を備えている。これら左型３１及び右型３２の中央部には軸部１１が挿入される凹部３１ａ，３２ａが形成されている。凹部３１ａ，３２ａはいずれも断面半円形状で底部が平面状となっている。また、左型３１及び右型３２は、上面から側面にかけて水平面に対し所定の角度θを有するテーパ面３１ｂ，３２ｂが形成されている。左型３１及び右型３２の下側には左型３１及び右型３２を分離させるためのイジェクトピン３３が設けられている。テーパ面３１ｂ，３２ｂの下端は少なくとも凹部３１ａ，３２ａの底部の下端の位置まで設けられている。また、所定の角度θは、５５〜８０°の範囲とすることが好ましい。

プレス機構４０は、円筒状の支持ブロック４１を備えている。この支持ブロック４１の下面には、前述したテーパ面３１ｂ，３２ｂを押圧するテーパ面４１ａ，４１ｂが形成されている。支持ブロック４１の中央部には、貫通孔４２が設けられ、パンチ４３が往復動自在に支持されている。なお、パンチ４３は付勢部材４４により上方に付勢されている。

なお、上述したテーパ面３１ｂ，３２ｂとテーパ面４１ａ，４１ｂとにより、下方への押圧力を左型３１及び右型３２を閉じる方向への押圧力に変換する圧力方向変換伝達部が形成されている。

加圧機構５０は、支持ブロック４１を介して左型３１及び右型３２が開くことを防止する固定加圧機構５１と、この固定加圧機構５１の中央に設けられ、パンチ４３を下方に押圧するための押圧機構５２とを備えている。なお、支持ブロック４１と固定加圧機構５１とは、ボルト等により一体化されている。

このように構成されたプレス加工装置２０では、次のようにして中空ラックバー１０に平坦部１１ａを形成する。すなわち、凹部３１ａ，３２ａに加工前の軸部１１を挿入する。次に、プレス機構４０を下降させ、支持ブロック４１のテーパ面４１ａ，４１ｂを左型３１及び右型３２のテーパ面３１ｂ，３２ｂにそれぞれ押し当てる。これにより、左型３１及び右型３２が閉じ、軸部１１が位置決めされる。

次に、所定の圧力で固定加圧機構５１及び支持ブロック４１を下降し、下方に押圧する。これにより、左型３１及び右型３２は強い力でチャックされる。

そして、押圧機構５２を所定の圧力で下降させ、パンチ４３を軸部１１に押圧する。この動作を繰り返し、平坦部１１ａを形成し、所定の形状に達したところで加圧機構５０を上方に移動し、押圧力を解除する。続いて、プレス機構４０を上方に移動する。最後にイジェクトピン３３を上方に押し上げることにより、左型３１及び右型３２を分離し、凹部３１ａ，３２ａの形状が転写されるとともに、平坦部１１ａが形成された軸部１１を取り出す。

プレス加工装置２０では、パンチ４３が上方から加工力を与えるのに対し、左右に開く左型３１及び右型３２を用いているので、加工力は左型３１及び右型３２が開く方向に働くことになり、左型３１及び右型３２が破壊されることがない。したがって、割れや変形が発生しにくく、型寿命を向上させることができる。

また、左型３１及び右型３２をプレス機構４０の支持ブロック４１を用いて上方から押圧することにより、左型３１及び右型３２が移動することがなく、加工精度を向上させることが可能となる。特に、テーパ面３１ｂ，３２ｂの下端が凹部３１ａ，３２ａの底部の下端の位置まで設けられているので、平面部１１ｂの形状を精度よく形成することができる。

図４は、平坦部１１ａに歯部１２を形成する工程を示す断面図である。図４に示すように、軸部１１を下型６０に載置し、上型７０を軸部１１に被せる。下型６０及び上型７０は、内面形状がラックバーの完成品の外形形状と一致している。このとき、軸部１１の左右には、平面部１１ｂが形成されているので、上型７０と下型６０の隙間に軸部１１の外周部を挟むことがない。次に、上型７０側に歯部形成型７１をセットする。軸部１１の中空部にマンドレルを往復動させることで平坦部１１ａの内部からしごき加工を行い、平坦部１１ａに凸部を隆起させ、歯部形成型７１に倣った歯部１２を形成する。

歯部１２が形成された後、焼入れ・焼戻し等の熱処理を行う。熱処理を行う際、図５に示すように、上下左右から治具８０を当接させて拘束を行う。このとき、左右に平面部１１ｃが形成されているので、治具８０と面接触することにより、高精度に位置決めすることが可能となる。なお、治具８０との接触する直線部分は少なくとも０．３ｍｍ以上あれば良い。

上述したように、中空ラックバー１０では、平面部１１ｂが形成されていることにより、歯部形成工程における型への挿入性や熱処理時のチャックの精度を向上させることが可能となる。また、プレス加工装置２０によれば、軸部１１に平坦部１１ａを形成するためにパンチ４３で押し付けた場合であっても、異形に変形したり、型が割れる等の不具合を防止することが可能となる。

このような中空ラックバー１０は、図６に示すラック＆ピニオンギア３００に用いられる。ラック＆ピニオンギア３００は、ケーシング３０１と、このケーシング３０１に軸受３０２を介して回転自在に取り付けられたピニオンギア３０３と、このピニオンギア３０３に対して直交する方向に移動自在に設けられた中空ラックバー１０と、この中空ラックバー３０４の外壁面（角度範囲Ｍ）を摺動自在に支持するラックガイド３０５と、このラックガイド３０５をピニオンギア３０３側に押圧するスプリング３０６とを備えている。

前述した平面部１１ｂは、ラックガイド３０５と平面接触する部分が形成されることになるため、ラックガイド３０５で押さえることができる。

なお、平面部１１ｂの長さは、０．３ｍｍ以上１０ｍｍ以下に形成されていることが好ましい。また、軸部１１の直径δを基準にした場合、ラックガイド３０５に摺動される範囲をα°、平面部１１ｂの長さをＬ、軸部１１の直径をδ、平坦部１１ａに対向し、かつ、一対の平面部１１ｂに挟まれ、ラックガイド３０５に摺動される範囲をα°としたとき、Ｌ≦δ×ｓｉｎ［（１８０°−α°）／２］の条件を満たすことが好ましい（図２参照）。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
［１］ピニオンギアに噛み合わされる歯部を軸部に有するラックバーにおいて、
前記歯部の軸方向に直交する断面の外周が、前記歯部が形成される第１直線部分と、
この直線部分の中央の角度位置を０°として、９０°及び２７０°の角度位置を含む範囲に形成された一対の第２直線部分とを備えていることを特徴とするラックバー。
［２］前記一対の第２直線部分は、それぞれ０．３ｍｍ以上１０ｍｍ以下に形成されていることを特徴とする［１］に記載のラックバー。
［３］前記一対の第２直線部分の長さをＬとした場合、前記軸部の直径をδ、前記第１直線部分に対向し、かつ、前記一対の第２直線部分に挟まれ、ラックガイドに摺動される範囲をα°としたとき、Ｌ≦δ×ｓｉｎ［（１８０°−α°）／２］の条件を満たすことを特徴とする［１］に記載のラックバー。
［４］ピニオンギアに噛み合わされる歯部を軸部に有する中空ラックバーに、前記歯部が形成される平坦部を形成するプレス加工装置において、
水平方向に開くとともに、前記中空鋼管が挟持される左右型と、
前記左右型の上部に配置され、上方からの押圧力を前記左右型を閉める方向への押圧力に変換する圧力方向変換伝達部と、
前記左右型に挟持された前記中空ラックバーの上部に前記平坦部を形成するパンチと、
前記パンチを上下動させる押圧機構と、
この押圧機構と独立して上下動し、前記圧力方向変換伝達部を下方に押圧する固定加圧機構とを備えていることを特徴とするプレス加工装置。
［５］中空鋼管の長さの一部分を押圧して外面円周の一部を平坦部とし、
前記中空鋼管を歯部形成型を内面に有する型内に収容して歯部形成型を平坦部に接触させ、
マンドレルを中空鋼管の内部に押込むことにより平坦部にされた部分の内面を順次しごき加工をして前記歯部形成型に従って歯部を形成する中空ラックバーの製造方法において、
前記中空鋼管の前記歯部の軸方向に直交する断面の外周が、前記歯部が形成される第１直線部分を有する平坦部と、
この直線部分の中央の角度位置を０°として、９０°及び２７０°の角度位置を含む範囲に形成された第２直線部分を有する平面部とを備えていることを特徴とする中空ラックバーの製造方法。
［６］ピニオンギアに噛み合わされる歯部を軸部に有する中空鋼管に、前記歯部が形成される平坦部を形成する中空ラックバーの製造方法において、
左右型によって水平方向から前記中空鋼管を挟持し、
前記左右型の上方からの押圧力を前記左右型を閉める方向への押圧力に変換し、
前記左右型に挟持された前記中空鋼管の上部に前記平坦部を形成することを特徴とする中空ラックバーの製造方法。

本発明の一実施の形態に係る中空ラックバーを示す斜視図。 同中空ラックバーを図１中Ｉ−Ｉ線で切断して矢印方向に見た断面図。 同中空ラックバーに平坦部を形成するためのプレス加工装置を示す断面図。 同平坦部に歯部を形成する工程を示す断面図。 同中空ラックバーに熱処理を行う熱処理工程を示す断面図。 同中空ラックバーが組み込まれたラック＆ピニオンギアの要部を示す断面図。 従来のプレス加工装置を示す縦断面図。 同プレス加工装置を図６中ＩＩ−ＩＩ線で切断して矢印方向に見た断面図。

符号の説明

１０…中空ラックバー、１１…軸部、１１ａ…平坦部（第１直線部分）、１１ｂ…平面部（第２直線部分）、１１ｃ…範囲、１２…歯部、２０…プレス加工装置、３０…左右型、３１ｂ，３２ｂ…テーパ面、４０…プレス機構、４１…支持ブロック、４１ａ，４１ｂ…テーパ面、４３…パンチ、５０…加圧機構、５０…加圧機構、５１…固定加圧機構、５２…押圧機構、６０…下型、７０…上型、８０…治具。

Claims (1)

1. ピニオンギアに噛み合わされる歯部を軸部に有し、ラックガイドに案内される中空ラックバーにおいて、
   前記歯部が前記中空ラックバーの製造に用いる中空鋼管の内部からしごき加工を行い隆起させて形成されたものであり、
   当該歯部の軸方向に直交する断面の外周が、当該歯部が形成される第１直線部分と、この第１直線部分に直交し、かつ、第１直線部分の中央の角度位置を０°として、９０°及び２７０°の角度位置を含む範囲に形成されると共に、それぞれ０．３ｍｍ以上１０ｍｍ以下に形成され、前記ラックガイドに平面接触する一対の第２直線部分とを備え、前記一対の第２直線部分の長さをＬとした場合、前記軸部の直径をδ、前記第１直線部分に対向し、かつ、前記一対の第２直線部分に挟まれ、ラックガイドに摺動される範囲をα°としたとき、Ｌ≦δ×ｓｉｎ［（１８０°−α°）／２］の条件を満たすことを特徴とする中空ラックバー。

Images